并行体系结构_百度百科
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并行体系结构
是指根据属性和功能不同而划分的计算机理论组成部分及计算机基本工作原理、理论的总称。并行性是指计算机系统具有可以同时进行多于两个运算或操作。并行体系结构是指许多指令能同时进行的体系结构，一般从时间和空间两方面考虑。
并行体系结构结构介绍
并行体系结构出现主要因为随着各个领域对高性能计算的要求越来越高，尤其是领域大数据量高实时性的需求，使得传统的单处理器已经很难适应大规模并行计算的需求，于是多处理器并行体系结构逐渐成为研究的热点。
多种级别的并行度现在已经成为计算机设计的推动力量，而能耗和成本则是主要约束条件。应用程序中主要有以下两种并行。
(1) 数据级并行（DLP），它的出现是因为可以同时操作许多数据项。
(2) 任务级并行（TLP），它的出现是因为创建了一些能够单独处理但大量采用并行方式执行的工作任务。
计算机硬件又以如下4种主要方式来开发这两种类型的应用并行。
(1) 指令级并行在编译器的帮助下，利用流水线之类的思想适度开发数据级并行，利用推理执行之类的思想以中等水平开发数据级并行。
(2) 向量体系结构和图形处理器（GPU）将单条指令并行应用于一个数据集，以开发数据级并行。
(3) 线程级并行在一种紧耦合硬件模型中开发数据级并行或任务级并行，这种模型允许在并行线程之间进行交互。
(4) 请求级并行在程序员或操作系统指定的大量去耦合任务之间开发并行。
并行体系结构有以下五种访存模型：均匀访存模型（UMA）、非均匀访存模型（NUMA）、全高速缓存访存模型（COMA）、一致性高速缓存非均匀存储访问模型（CC-NUMA）和非远程存储访问模型（NORMA）。
并行体系结构并行性
同时性：两个或两个以上的事件在同一时刻发生。
并发性：两个或两个以上的事件在同一时间间隔发生。
⑴从处理数据的角度看，并行性等级从低到高可分为四类。
同时只对一个字的一位进行处理。这是最基本的串行处理方式，不存在并行性。
同时对一个字的全部位进行处理，不同字之间是串行的。这里已开始出现并行性。
同时对许多字的同一位进行处理。这种方式有较高的并行性。
同时对许多字的全部位进行处理。这是最高一级的并行。
⑵从执行程序的角度看，并行性等级从低到高也可分为四类。
指令内部并行
一条指令执行时各微操作之间的并行。
指令级并行
并行执行两条或多条指令。
任务级或过程级并行
并行执行两个以上过程或任务（程序段）。
作业或程序级并行
并行执行两个以上作业或程序。
并行体系结构分类法
并行体系结构Flynn分类法
1966年，Michael J.Flynn提出根据指令流、数据流的并行度对计算机系统进行分类，定义如下。
·指令流：机器执行的指令序列
·数据流：由指令流调用的数据序列，包括输入数据和中间结果
·并行度：指令或数据并行执行的最大可能数目。
Flynn根据不同的指令流-数据流组织方式把计算机系统分为4类。
1·单指令流单数据流（Single Instruction Stream Single DataStream，SISD）
SISD其实就是传统的顺序执行的单处理器计算机，其指令部件每次只对一条指令进行译码，并只对一个操作部件分配数据。
2·单指令流多数据流（Single Instruction Stream Multiple Data Stream，SIMD）
SIMD以并行处理机为代表，结构如图，并行处理机包括多个重复的处理单元PU1～PUn，由单一指令部件控制，按照同一指令流的要求为它们分配各自所需的不同的数据。
3·多指令流单数据流（Multiple Instruction Stream Single Data Stream，MISD）
MISD的结构，它具有n个处理单元，按n条不同指令的要求对同一数据流及其中间结果进行不同的处理。一个处理单元的输出又作为另一个处理单元的输入。
4·多指令流多数据流（Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream，MIMD）
MIMD的结构是指能实现作业、任务、指令等各级全面并行的多机系统，多处理机就属于MIMD。
并行体系结构冯式分类法
1972年冯泽云提出用最大并行度来对计算机体系结构进行分类。所谓最大并行度Pm是指计算机系统在单位时间内能够处理的最大的二进制位数。设每一个时钟周期△ti内能处理的二进制位数为Pi，则T个时钟周期内平均并行度为Pa=(∑Pi)/T(其中i为1，2，…，T)。平均并行度取决于系统的运行程度，与应用程序无关，所以，系统在周期T内的平均利用率为μ=Pa/Pm=(∑Pi)/(T*Pm)。用平面直角坐标系中的一点表示一个计算机系统，横坐标表示字宽(N位)，即在一个字中同时处理的二进制位数；纵坐标表示位片宽度(M位)，即在一个位片中能同时处理的字数，则最大并行度Pm=N*M。
由此得出四种不同的计算机结构：
①字串行、位串行(简称WSBS)。其中N=1，M=1。
②字并行、位串行(简称WPBS)。其中N=1，M&1。
③字串行、位并行(简称WSBP)。其中N&1，M=1。
④字并行、位并行(简称WPBP)。其中N&1，M&1。
并行体系结构MIMD分类
并行体系结构并行向量
向量处理器，又称数组处理器，是的一种实现了直接操作一维（向量）指令集的（CPU）。这与一次只能处理一个数据的正相反。向量处理器可以在特定工作环境中极大地提升性能，尤其是在数值模拟或者相似领域。向量处理器最早出现于20世纪70年代早期，并在70年代到90年代期间成为设计的主导方向，尤其是多个克雷（Cray）平台。由于常规处理器设计性价比的快速下降，基于向量处理器的超级计算机在90年代末逐渐让出了主导地位。
现在，绝大多数商业化的CPU实现都能够提供某种形式的向量处理的指令，用来处理多个（向量化的）数据集，也就是所谓的SIMD（单一指令、多重数据）。常见的例子有,,,和。向量处理技术也能在游戏主机硬件和图形加速硬件上看到。在2000年，，和合作开发了Cell处理器，集成了一个标量处理器和八个向量处理器，应用在索尼的游戏机和其他一些产品中。
并行体系结构对称多重
对称多处理（英语：Symmetric multiprocessing，缩写为 SMP），也译为均衡多处理、对称性多重处理，是一种多处理器的电脑硬件架构，在对称多处理架构下，每个处理器的地位都是平等的，对资源的使用权限相同。现代多数的多处理器系统，都采用对称多处理架构，也被称为对称多处理系统（Symmetric multiprocessing system）。在这个系统中，拥有超过一个以上的处理器，这些处理器都连接到同一个共享的主存上，并由单一操作系统来控制。在多核心处理器的例子中，对称多处理架构，将每一个核心都当成是独立的处理器。
在对称多处理系统上，在操作系统的支持下，无论进程是处于用户空间，或是核心空间，都可以分配到任何一个处理器上运行。因此，进程可以在不同的处理器间移动，达到负载平衡，使系统的效率提升。
并行体系结构大规模并行
大规模并行处理机（Massively Parallel Processor）是由多个由，局部存储器及接口电路构成的节点组成的并行计算体系；节点间以定制的高速网络互联。大规模并行处理机是一种异步的，因为它的有多个，它们分布在各个微处理器上，每个进程有自己独立的地址空间，进程之间以消息传递进行相互通信。
．中国知网[引用日期]
．中国知网[引用日期]
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太原师范学院计算机系
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并行计算和并行计算机体系结构
关于并行，你知道多少？思考多少？
听到“并行”这个词汇，我最先想到的是在多车道上飞驰的汽车，它们是并行运行的。它们之间完全独立吗？并不见得，当一个车道上的车要变道时要打开方向灯，相邻车道的车都会减速避让。可见，并行是发生在大部分时间，有时候有串行的成分在里面。从更宏观的层面来看，一般的问题都有“并行”和“串行”两种特性同时存在。其实，再说的直白点，任何一件事情都有独立性的部分，也有相关性的部分。哦，对了。我得解释一下“并行”的英文：parallelism。很相关的一个概念是“并发”，其英文：concurrency。顺便解释一下这两个概念，并行侧重于同时处理多个任务的能力，并发则侧重于并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。并发是一种设计理念，让一件事情完成的效率最高，并发设计的好的话，并行占比高，整个事情完成的效率就高。详细的见参考资料3。
说实话，这个话题太大，网上资料也很丰富。我写这篇文章的目的是激发大家关于“并行”的思考，然后做一个概况性质的介绍，让大家对“并行”有一个正确的感性认识。
并行这个概念太大，我们下面把范围缩小，重点讨论并行计算的话题。
冯诺依曼计算机体系结构
什么是并行计算？
我们都知道计算实际上是一系列确定的步骤。聊并行计算哪能少了串行计算，直接上图：
并行计算也得看图说话：
这里我们假定了要解决的问题完全可分为4个独立运行的部分，由4个processors来独立运行。实际问题中，独立性和关联性是一个“太极”关系，就涉及到划分的粒度和通讯的频率等等问题。
为什么用并行计算？
现实世界中存在大量并行
. 自然社会中，每时每刻都在发生大量的有相互关联的事件。
. 相比于串行计算模型，并行计算模型更有利于我们为现实世界建模。
. 下面有好多并行的例子。
更直接的原因
使用并行技术可以节约大量的时间&金钱
tag：大规模的运算集群可以由比较廉价的计算机组成用于完成大规模的计算任务，比如阿里巴巴的双十一。利用的通用的便宜的X86服务器组成超大规模nodes运算集群。
可以用来解决超大规模的问题
提供高并发性
想想阿里，百度，腾讯可以同时为多少人提供服务吧。
可以充分利用网络上的计算资源（非本地计算资源）
了解下这两个开源项目，你就明白啥意思了。
让你更了解你所使用的并行计算机硬件架构，充分发挥它的性能
目前，随着网络数据量越来越大，大数据下所需要的计算力会更大
全球对计算力的需求一直在成上升趋势，且大规模计算机集群提供的运算力也在逐年提升。
数据来源：top500.org
有了上面这些原因，相信你也对高并发程序设计感兴趣了吧。
谁在用并行计算？
科学、工程领域
工业、商业
全球各种各样的APP
硬件提供了哪些支持？
其实，硬件从下面这些方面都提供了并行支持。
. 片内级并行
. 片内多线程
. 单片多处理器
. UMA对称多处理器系统
. NUMA多处理器系统
. COMA多处理器系统
3. 计算机级
. MPP—大规模并行处理器
. 集群计算
上个图，一目了然。
硬件上来说，我们现在使用的手机和笔记本实际上都是单CPU多核心的，比如我的笔记本是4核8线程的，就是说我的电脑有一个CPU，这个CPU有4个core，每个core上还提供了intel的超线程技术。那从操作系统这一级来看我拥有8个独立的cpu可以同时使用。
这种架构就是标准的SMP系统，所有的核平等共享Cache，interrupt，和硬件资源。
这个是PowerPC结构的CPU结构图。
看懂套路了吗？提高性能的方式也就两个：1，增强当个core的频率（每秒执行指令的次数）2，增加core的数量。
单个CPU增加核心也是有瓶颈限制的，因为SMP中共享总线需要很高的bindwidth，还需要解决总线竞争问题。
那咋继续提升性能呢？哦，你可能也想到了，解耦，然后增加CPU的个数，CPU之间也建立bus。intel有一种技术叫QPI，就是互联CPU用的。那CPU之间共享内存，读取自己CPU的内存不用通过QPI总线，肯定比读取挂在另一个CPU上的内存要快，所以叫NUMA。
NUMA往细了分还可以分为CC-NUMA、NC-NUMA等。
那这种耦合度的扩展限制在CPU互联bus上，可扩展性差一些，那要接着增强计算能力，咋办？老办法，解耦，把多个机器利用bus互联。这就产生了MPP(Massively Parallel Processors)、COW(Cluster of
Workstations)。
但是，目前超大规模的集群运算，一般单个节点都是SMP的，或者是NUMA的，然后用高性能BUS将不同的机器再互联起来。
我们目前市面上见到的4路服务器、16路服务器，一般是NUMA架构的服务器，见到的8单元服务器，一般是指COW架构的服务器。
软件提供了哪些支持？
通过上面关于硬件并行的介绍，我们也了解到要想合理的发挥这些机器的性能，还是需要了解这些机器的硬件架构，主要是要理解耦合性和内聚性，以及在软件设计时充分考虑如何利用这些硬件特性，才能设计出高效、经济的软件系统。
等会，什么时候软件设计人员开始需要了解硬件细节了？其实，大部分硬件细节都通过OS，系统库给封装了，对软件开发人员透明。这个其实也是个很有争议的话题：能否在不了解底层细节的情况下，开发出好的软件？
我的想法是，计算机体系结构是分层的，我们必须站在中间这一层看问题，比如你是做OS的，你往上要看应用，往下要看硬件。要想把一个工具发挥到极值，还是需要了解你所使用的工具的，所谓人剑合一就是这个意思。
扯远了，在我们常见的SMP系统上，单个机器是符合冯诺依曼计算机体系结构的，各个core的抽象是在OS这一层做的。os+开发库，可以让软件开发人员透明地使用并行开发方法，比如我们常用的并发库—POSIX Threads。当然还有其他的一些线程库。这个我们很熟悉，但是到了NUMA架构的机器上，是谁做的抽象呐？答案还是OS，因为到目前为止的体系架构仍然还是硬件级共享内存的。你想linux kernel就可以识别NUMA架构的计算机，安装多个CPU，比如说安装2个16核的CPU，OS起来后，你可以看到你可以直接利用的cpu是32个。也就是说基于这种架构硬件的软件开发和在普通的PC机上无太大区别。
但是到了COW或者MPP时，由于是多个独立的主机通过高速bus互联的架构，是一种非共享内存的模型，每个主机运行独立的OS，读取另外主机的内存只能通过Message方式，需要定义read、write原语。实现这种的有一个开源库叫OpenMPI。当然其他的也有很多，只是原来在SMP、NUMA上的程序要想移植到非硬件共享的平台上来，一般有两个方法：1，修改原有的软件，让其适应在非硬件共享内存的平台上运行。2，针对非硬件共享内存的平台做软件抽象，使应用程序看起来像是在共享内存环境下运行—就是使用虚拟机技术。使用虚拟机技术可以在不同层次中做共享内存抽象。
说了这么多，感觉说明白了。其实说白了，并行计算机架构就是在解决一个事情：如何利用多个core来实现更高的运算能力。这和这一个问题是等价的：利用什么组织架构来管理很多人，让这些人发挥更大的改造自然的能力。
在摩尔定律失效的当下，在不同层次研究并行计算的架构就显得很重要了，我个人感觉在传统IC的基础上有以下两个方向可以继续保持摩尔定律：1，研究更专用，更高效的并行架构，包括微指令层、指令层、IC层、CPU层、整机层。2，研究如何编写更高效的软件。目前，因为原来摩尔定律带来的诟病，有太多的不合格程序员在写着不合格的程序，其中就包括我在内。
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计算机体系结构各章简答题及答案.doc 第一章计算机体系结构的基本概念1什么是计算机系统的多级层次结构2硬件和软件在什么意义上是等效的在什么意义上是不等效的3经典计算机系统结构的实质是什么4语言实现的两种基本技术是什么5对于通用寄存器型机器来说，机器语言程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些6什么是软件兼容软件兼容有几种其中哪一种是软件兼容的根本特征7什么是系列机它的出现较好地解决了什么矛盾8对计算机发展非常关键的实现技术有哪些9实现软件移植的主要途径有哪些10试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。11存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么12从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两方面着手13软件技术两个最重要的发展趋势是什么14计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个方面15一种计算机系统结构的生命周期是怎样的16商品的标价（价格）由哪些因素构成17对计算机系统成本产生影响的主要因素有哪些18用户CPU时间由哪三个因素决定19目前常用的测试程序分为哪五类20什么叫测试程序组件在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个21SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件22测试基于MICROSOFT公司的WINDOWS系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些23常用的专门的性能指标测试程序有哪些24计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么25根据AMDAHL定律，系统加速比由哪两个因素决定26从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级27从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为哪几级28计算机系统中提高并行性的技术途径有哪三种29多机系统的耦合度可以分为哪几类30单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机31三种类型的多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）的主要区别是什么1什么是计算机系统的多级层次结构从计算机语言的角度，把计算机系统按功能划分成以下多级层次结构2硬件和软件在什么意义上是等效的在什么意义上是不等效的硬件和软件在功能实现上是等效的，即一种功能可以由软件实现，也可以由硬件实现。在实现性能上是不等效的。软件实现的优点是设计容易、改进简单；硬件实现的优点是速度快。3经典计算机系统结构的实质是什么计算机系统中软硬件界面的确定，其界面之上的是软件的功能，界面之下的是硬件和固件的功能。4语言实现的两种基本技术是什么翻译和解释是语言实现的两种基本技术。它们都是以执行一串Ｎ级指令来实现N1级指令，但二者存在着差别翻译技术是先把N1级程序全部变换成N级程序后，再去执行新产生的N级程序，在执行过程中N1级程序不再被访问。而解释技术是每当一条N1级指令被译码后，就直接去执行一串等效的N级指令，然后再去取下一条N1级的指令，依此重复进行。在这个过程中不产生翻译出来的程序，因此解释过程是边变换边执行的过程。5对于通用寄存器型机器来说，机器语言程序设计者所看到的计算机的属性主要有哪些1数据表示2寻址规则3寄存器定义4指令集5中断系统6机器工作状态的定义和切换7存储系统8信息保护9I/O结构6什么是软件兼容软件兼容有几种其中哪一种是软件兼容的根本特征同一个软件可以不加修改地运行于系统结构相同的各档机器上，而且它们所获得的结果一样，差别只在于运行时间的不同。软件兼容分为向上兼容、向下兼容、向前兼容和向后兼容。其中向后兼容是软件兼容的根本特征。7什么是系列机它的出现较好地解决了什么矛盾系列机是指在一个厂家内生产的具有相同的系统结构，但具有不同组成和实现的一系列不同型号的机器。它的出现较好地解决了软件要求环境稳定和硬件、器件技术迅速发展之间的矛盾。8对计算机发展非常关键的实现技术有哪些（1）逻辑电路；（2）半导体DRAM动态随机访问存储器；（3）磁盘；（4）网络。9实现软件移植的主要途径有哪些1采用系列机方法2采用模拟与仿真方法3采用统一的高级语言10试以系列机为例，说明计算机系统结构、计算机组成和计算机实现三者之间的关系。计算机组成是计算机系统结构的逻辑实现；计算机实现是计算机组成的物理实现。一种系统结构可以有多种组成；一种组成可以有多种实现。同一系列机中各种型号的机器具有相同的系统结构，但采用不同的组成和实现技术，因而具有不同的性能和价格。11存储程序计算机在系统结构上的主要特点是什么（1）机器以运算器为中心。（2）采用存储程序原理。程序和数据放在同一存储器中，并且没有对两者加以区分。（3）存储器是按地址访问的、线性编址的空间。（4）控制流由指令流产生。（5）指令由操作码和地址码组成。操作码指明本指令的操作类型，地址码指明操作数和操作结果的地址。（6）数据以二进制编码表示，采用二进制运算。12从系统结构的发展情况看，新型系统结构的设计主要从哪两方面着手新型系统结构的设计主要从以下两方面着手一方面是合理地增加计算机系统中硬件的功能比例，使系统结构对操作系统、高级语言甚至应用软件提供更多更好的支持；另一方面则是通过多种途径提高计算机系统结构中的并行性等级，使得凡是能并行计算和处理的问题都能并行计算和处理，使这种系统结构和组成对算法提供更多更好的支持。13软件技术两个最重要的发展趋势是什么1程序及数据所使用存储器容量的不断增大；2高级语言的使用越来越广泛，在很多应用领域取代了汇编语言。14计算机系统设计人员的技术挑战主要来自哪几个方面计算机系统设计人员的技术挑战主要来自系统结构、设计工具、制造工艺、软件、应用和经济等多个方面。15一种计算机系统结构的生命周期是怎样的计算机的生命周期和系统中各个部分的发展密切相关。一种新的系统结构的诞生，往往以硬件为标志，它的发展和成熟，是以配套的系统软件和应用为标志的。一个计算机系统结构，从产生到消亡，大致需要15～20年的时间。16商品的标价（价格）由哪些因素构成商品标价的构成因素原料成本、直接成本、毛利和折扣。17对计算机系统成本产生影响的主要因素有哪些对计算机系统成本产生影响的主要因素有时间、产量、商品化等因素。对成本产生最直接影响的是时间；产量是决定产品成本的第二个关键因素。18用户CPU时间由哪三个因素决定用户CPU时间CPIIC/时钟频率其中CPI指令时钟数IC程序执行过程中所处理的指令数19目前常用的测试程序分为哪五类（1）实际应用程序；（2）修正的（或者脚本化）应用程序；（3）核心测试程序；（4）小测试程序；（5）合成测试程序。20什么叫测试程序组件在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是哪个选择一组各个方面有代表性的测试程序，组成一个通用测试程序集合。这种测试程序集合称为测试程序组件。在评价计算机系统设计时最常见的测试程序组件是基于UNIX的SPEC，其主要版本包括SPEC89、SPEC92、SPEC95和SPEC2000等。21SPEC2000测试程序组件中包括哪几个测试程序组件SPECCPU2000测试CPU；SPECVIEWPERF用于测试图形系统支持OPENGL库的性能；SPECAPC测试图形密集型应用的性能；SPECSFS基于NFS文件系统的文件服务器测试程序；SPECWEBWEB服务器测试程序。22测试基于MICROSOFT公司的WINDOWS系列操作系统平台的最常用测试组件有哪些PCMARK04包括中央处理器测试组、内存测试组、图形芯片测试组、硬盘测试组等。BUSINESSWINSTONE2004主要用于测试计算机系统商业应用的综合性能。MULTIMEDIACONTENTCREATIONWINSTONE2004主要用于测试计算机系统多媒体应用的综合性能。SISOFTSANDRAPRO2004是一套功能强大的系统分析评比工具，拥有超过30种以上的分析与测试模组，主要包括有CPU、存储器、I/O接口、I/O设备、主板等。23常用的专门的性能指标测试程序有哪些3DMARK03主要测试显卡性能和DIRECTX的性能。PRIME95是用来估计分布式计算程序的通信情况，可使计算机高负荷运转，所以也用来测试计算机的稳定性。SUPERPI/SUPERE是计算圆周率Π/自然指数E的软件，通常用来测试CPU的稳定性。24计算机系统结构设计和分析中最经常使用的三条基本原则是什么（1）大概率事件优先原则。对于大概率事件最常见的事件，赋予它优先的处理权和资源使用权，以获得全局的最优结果。（2）AMDAHL定律。加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比，受限于该部件在系统中所占的重要性。（3）程序的局部性原理。程序在执行时所访问地址的分布不是随机的，而是相对地簇聚。25根据AMDAHL定律，系统加速比由哪两个因素决定系统加速比依赖于两个因素（1）可改进比例可改进部分在原系统计算时间中所占的比例。（2）部件加速比可改进部分改进以后的性能提高。26从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为哪几级从执行程序的角度看，并行性等级从低到高可分为（1）指令内部并行指令内部的微操作之间的并行。（2）指令级并行并行执行两条或多条指令。（3）任务级或过程级并行并行执行两个或多个过程或任务程序段。（4）作业或程序级并行在多个作业或程序间的并行。27从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为哪几级从处理数据的角度，并行性等级从低到高可以分为（1）字串位串同时只对一个字的一位进行处理。（2）字串位并同时对一个字的全部位进行处理。（3）字并位串同时对许多字的同一位（称位片）进行处理。（4）全并行同时对许多字的全部或部分位进行处理。28计算机系统中提高并行性的技术途径有哪三种（1）时间重叠多个处理过程在时间上相互错开，轮流重叠地使用同一套硬件设备的各个部分，以加快硬件周转而赢得速度。（2）资源重复通过重复设置资源，尤其是硬件资源，大幅度提高计算机系统的性能。（3）资源共享是一种软件方法，它使多个任务按一定时间顺序轮流使用同一套硬件设备。29多机系统的耦合度可以分为哪几类（1）最低耦合除通过某种中间存储介质之外，各计算机之间没有物理连接，也无共享的联机硬件资源。（2）松散耦合通过通道或通信线路实现计算机间互连，共享某些外围设备，机间的相互作用是在文件或数据集一级进行。（3）紧密耦合机间物理连接的频带较高，往往通过总线或高速开关实现互连，可以共享主存。30单机系统和多机系统中，都是按哪三种技术途径分别发展为哪三类多处理机单机系统和多机系统中，都是按时间重叠、资源重复和资源共享三种技术途径，分别发展为同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统。31三种类型的多处理机（同构型多处理机、异构型多处理机、分布处理系统）的主要区别是什么主要区别第二章计算机指令集结构设计1通常可按哪五个因素对计算机指令集结构进行分类2在对计算机指令集结构进行分类的五个因素中，哪一种是各种指令集结构之间最主要的区别3根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类4堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点5现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，为什么6通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类7三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点8从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点9增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手10RISC的设计原则是什么11RISC和CISC处理机的指令系统结构在指令格式、寻址方式和每条指令的周期数（CPI）三方面有哪些区别12计算机指令集结构设计所涉及的内容有哪些13指令中有哪两种表示操作数类型的方法14．指令中表示寻址方式的主要方法有哪些15指令集格式设计中选择表示寻址方式的方法的依据是什么16指令集结构中采用多种寻址方式有何优缺点17在控制指令中使用PC相对寻址方式有什么优点18在指令集格式的设计时，通常可选择哪几种指令格式19DLX中有哪些寄存器20DLX有哪几种数据类型21DLX采用哪几种寻址方式1通常可按哪五个因素对计算机指令集结构进行分类1在CPU中操作数的存储方法；2指令中显式表示的操作数个数；3操作数的寻址方式；4指令集所提供的操作类型；5操作数的类型和大小。2在对计算机指令集结构进行分类的五个因素中，哪一种是各种指令集结构之间最主要的区别CPU中操作数的存储方法，即在CPU中用来存储操作数的存储单元的类型，是各种指令集结构之间最主要的区别。3根据CPU内部存储单元类型，可将指令集结构分为哪几类堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构、通用寄存器型指令集结构4堆栈型指令集结构、累加器型指令集结构和通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点5现代大多数机器均采用通用寄存器型指令集结构，为什么主要有两个方面的原因，一是寄存器和CPU内部其他存储单元一样，要比存储器快；其次是对编译器而言，可以更加容易、有效地分配和使用寄存器。6通用寄存器型指令集结构可细分为哪三类寄存器－寄存器型寄存器－存储器型存储器－存储器型7三种通用寄存器型指令集结构分别有什么优缺点8从当前的计算机技术观点来看，CISC结构有什么缺点（1）CISC结构的指令系统中，各种指令的使用频率相差悬殊。（2）CISC结构指令系统的复杂性带来了计算机系统结构的复杂性，这不仅增加了研制时间和成本，而且还容易造成设计错误。（3）CISC结构指令系统的复杂性给VLSI设计增加了很大负担，不利于单片集成。（4）CISC结构的指令系统中，许多复杂指令需要很复杂的操作，因而运行速度慢。（5）在CISC结构的指令系统中，由于各条指令的功能不均衡性，不利于采用先进的计算机系统结构技术来提高系统的性能。9增强CISC机器的指令功能主要从哪几方面着手1面向目标程序增强指令功能；2面向高级语言和编译程序改进指令系统；3面向操作系统的优化实现改进指令系统。10RISC的设计原则是什么（1）选取使用频率最高的指令，并补充一些最有用的指令；（2）每条指令的功能应尽可能简单，并在一个机器周期内完成；（3）所有指令长度均相同；（4）只有LOAD和STORE操作指令才访问存储器，其它指令操作均在寄存器之间进行；（5）以简单有效的方式支持高级语言。11RISC和CISC处理机的指令系统结构在指令格式、寻址方式和每条指令的周期数（CPI）三方面有哪些区别比较内容CISCRISC指令格式变长编码定长编码寻址方式各种都有只有LOAD/STORE指令可以访存CPI远远大于1为112计算机指令集结构设计所涉及的内容有哪些1指令集功能设计主要有RISC和CISC两种技术发展方向2寻址方式的设计3操作数表示和操作数类型4寻址方式的表示可以将寻址方式编码于操作码中，也可以将寻址方式作为一个单独的域来表示。5指令集格式的设计有变长编码格式、固定长度编码格式和混合型编码格式三种。13指令中有哪两种表示操作数类型的方法（1）操作数的类型由操作码的编码指定，这是最常见的一种方法；（2）数据可以附上由硬件解释的标记，由这些标记指定操作数的类型，从而选择适当的运算。14．指令中表示寻址方式的主要方法有哪些表示寻址方式有两种常用的方法（1）将寻址方式编于操作码中，操作码在描述指令功能的同时也描述了相应的寻址方式。这种方式译码快，但操作码和寻址方式的结合不仅增加了指令的条数，导致了指令的多样性，而且增加了CPU对指令译码的难度。（2）为每个操作数设置一个地址描述符，由该地址描述符表示相应操作数的寻址方式。这种方式译码较慢，但操作码和寻址独立，易于指令扩展。15指令集格式设计中选择表示寻址方式的方法的依据是什么主要由指令集结构所采用的寻址方式种类及其适用范围，以及操作码与寻址方式之间的独立程度来决定。如果某些指令集结构的指令有1～5个操作数，每个操作数有10种寻址方式，对于这种大规模的操作数和寻址方式组合，通常采用增设地址描述符的方法来描述寻址方式。对诸如LOAD/STORE类型指令集结构的指令，由于只有1～3个操作数，而且只有有限几种寻址方式。通常将寻址方式编码于操作码中。16指令集结构中采用多种寻址方式有何优缺点在指令集结构中采用多种寻址方式可以显著地减少程序的指令条数；但同时也可能增加实现的复杂度和使用这些寻址方式的指令的执行时钟周期数（CPI）。17在控制指令中使用PC相对寻址方式有什么优点1有效地缩短指令中表示目标地址的字段的长度；2使得代码在执行时与它被载入的位置无关。18在指令集格式的设计时，通常可选择哪几种指令格式1变长编码格式。这种编码方式可以有效减少程序的目标代码大小。2固定长度编码格式。这种编码方式可以降低译码的复杂度，提高译码的性能。3混合型编码格式。兼顾降低目标代码长度和降低译码复杂度。19DLX中有哪些寄存器（1）32个通用寄存器；（2）32个浮点寄存器；（3）一些特别的寄存器。20DLX有哪几种数据类型多种长度的整型数据和浮点数据。（1）整型数据8位、16位和32位多种长度。（2）浮点数据32位单精度浮点数和64位双精度浮点数。21DLX采用哪几种寻址方式寄存器寻址、立即值寻址、偏移寻址和寄存器间接寻址第三章流水线技术1流水技术有哪些特点2按照流水线所完成的功能来分，流水线可分为哪两类3按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两类4按照流水的级别来分，流水线可分为哪三类5按照数据表示来分，流水线可分为哪两类6按照流水线中是否有反馈回路来分，流水线可分为哪两类7一条DLX指令的执行需要几个时钟周期它们分别是什么8DLX流水线寄存器的作用是什么9消除流水线的瓶颈段有哪些方法10评价流水线的性能指标是什么11流水线中有哪三种相关各是什么原因造成的12解决流水线结构相关的方法有哪些13为什么流水线设计者有时会允许结构相关的存在14定向技术的主要思想是什么15DLX流水线中所有数据相关都可以通过定向技术消除，而不需要暂停吗试举例说明。16．根据指令对寄存器的读写顺序，可将数据相关分为哪三种类型17．解决流水线数据相关的方法有哪些18减少流水线处理分支指令时的暂停时钟周期数有哪两种途径19在DLX基本流水线中可采用哪些静态方法降低分支损失20．从编译技术的角度，降低流水线分支损失的方法有哪些21预测分支失败方法的主要思想是什么22“延迟分支”方法的主要思想是什么23．为了在分支延迟槽中填入有效指令，一般采用哪三种方法24调度分支延迟指令的三种常用方法的特点和局限性是什么25．有哪几种向量处理方式它们对向量处理机的结构要求有何不同26．什么是向量链接技术27衡量向量处理机性能的主要参数有哪些1流水技术有哪些特点（1）流水过程由多个相联系的子过程组成，每个过程称为流水线的“级”或“段”；（2）每个子过程由专用的功能段实现；（3）各个功能段所需时间应尽量相等；（4）流水线需要有“通过时间”，在此之后流水过程才进入稳定工作状态，每一个时钟周期拍流出一个结果；（5）流水技术适合于大量重复的时序过程，只有在输入端能连续地提供任务，流水线的效率才能充分发挥。2按照流水线所完成的功能来分，流水线可分为哪两类（1）单功能流水线只能完成一种固定功能的流水线。（2）多功能流水线流水线的各段可以进行不同的连接，从而使流水线在不同的时间，或者在同一时间完成不同的功能。3按照同一时间内各段之间的连接方式来分，流水线可分为哪两类（1）静态流水线在同一时间内，流水线的各段只能按同一种功能的连接方式工作。（2）动态流水线在同一时间内，当某些段正在实现某种运算时，另一些段却在实现另一种运算。4按照流水的级别来分，流水线可分为哪三类（1）部件级流水线（运算操作流水线）把处理机的算术逻辑部件分段，以便为各种数据类型进行流水操作。（2）处理机级流水线（指令流水线）把解释指令的过程按照流水方式处理。（3）处理机间流水线（宏流水线）由两个以上的处理机串行地对同一数据流进行处理，每个处理机完成一项任务。5按照数据表示来分，流水线可分为哪两类（1）标量流水处理机处理机不具有向量数据表示，仅对标量数据进行流水处理。（2）向量流水处理机处理机具有向量数据表示，并通过向量指令对向量的各元素进行处理。6按照流水线中是否有反馈回路来分，流水线可分为哪两类（1）线性流水线流水线的各段串行连接，没有反馈回路。（2）非线性流水线流水线中除有串行连接的通路处，还有反馈回路。7一条DLX指令的执行需要几个时钟周期它们分别是什么一条DLX指令的执行需要5个时钟周期。它们分别是取指令周期（IF）、指令译码/读寄存器周期（ID）、执行/有效地址计算周期（EX）、存储器/分之完成周期（MEM）、写回周期（WB）。8DLX流水线寄存器的作用是什么把数据和控制信息从一个流水段传送到下一个流水段。9消除流水线的瓶颈段有哪些方法1细分瓶颈段；2重复设置瓶颈段。10评价流水线的性能指标是什么1吞吐率指在单位时间内流水线所完成的任务数或输出结果的数量。2流水线的加速比指M段流水线的速度与等功能的非流水线的速度之比。3效率指流水线的设备利用率。11流水线中有哪三种相关各是什么原因造成的（1）结构相关当硬件资源满足不了指令重叠执行的要求,而发生资源冲突时,就发生了结构相关。（2）数据相关当一条指令需要用到前面指令的执行结果，而这些指令均在流水线中重叠执行时，就可能引起数据相关。（3）控制相关当流水线遇到分支指令和其它能够改变PC值的指令时，就会发生控制相关。12解决流水线结构相关的方法有哪些（1）流水化功能单元；（2）资源重复；（3）暂停流水线。13为什么流水线设计者有时会允许结构相关的存在主要有两个原因一是为了减少硬件开销，二是为了减少功能单元的延迟。14定向技术的主要思想是什么在发生数据相关时，后面的指令并不是马上就要用到前一条指令的计算结果。如果能够将计算结果从其产生的地方直接送到需要它的地方，就可以避免暂停。当定向硬件检测到前面某条指令的结果寄存器就是当前指令的源寄存器时，控制逻辑会将前面那条指令的结果直接从其产生的地方定向到当前指令所需的位置。15DLX流水线中所有数据相关都可以通过定向技术消除，而不需要暂停吗试举例说明。DLX流水线中有需要暂停的数据相关。例在下列指令序列中，需要在LW指令之后插入一个暂停周期，然后再用定向技术消除相关。LWR1，0（R2）SUBR4，R1，R5ANDR6，R1，R716．根据指令对寄存器的读写顺序，可将数据相关分为哪三种类型（1）写后读相关（2）写后写相关（3）读后写相关17．解决流水线数据相关的方法有哪些（1）定向技术在某条指令产生一个结果之前，其他指令并不真正需要该计算结果，如果将该计结果从其产生的地方直接送到其他指令需要它的地方，就可以避免暂停。（2）暂停技术设置一个“流水线互锁”的功能部件，一旦流水线互锁检测到数据相关，流水线暂停执行发生数据相关指令后续的所有指令。直到该数据相关解决为止。（3）采用编译器调度。（4）重新组织代码顺序。18减少流水线处理分支指令时的暂停时钟周期数有哪两种途径1在流水线中尽早判断出分支转移是否成功；2尽早计算出分支转移成功时的PC值（即分支的目标地址）。19在DLX基本流水线中可采用哪些静态方法降低分支损失1修改硬件在ID段增加一个加法器，将计算分支目标地址的操作移到ID段完成。2预测分支失败的方法3延迟分支方法20．从编译技术的角度，降低流水线分支损失的方法有哪些1冻结或排空流水线的方法；2预测分支失败的方法；3预测分支成功的方法；4延迟分支方法。21预测分支失败方法的主要思想是什么当流水线译码到一条分支指令时，流水线继续取指令，并允许该分支指令后的指令继续在流水线中流动。当流水线确定分支转移成功与否以及分支的目标地址之后，如果分支转移成功，流水线必须将在分支指令之后取出的所有指令转化为空操作，并在分支的目标地址处重新取出有效的指令；如果分支转移失败，那么可以将分支指令看作是一条普通指令，流水线正常流动，无需将在分支指令之后取出的所有指令转化为空操作。22“延迟分支”方法的主要思想是什么其主要思想是从逻辑上“延长”分支指令的执行时间。设延迟长度为N的分支指令后面有N个分支延迟槽，选择N条有效和有用的指令放入分支延迟槽中，无论分支成功与否，流水线都会执行这些指令。处于分支延迟槽中的指令“掩盖”了流水线原来所必须插入的暂停周期。23．为了在分支延迟槽中填入有效指令，一般采用哪三种方法从前调度、从目标处调度、从失败处调度24调度分支延迟指令的三种常用方法的特点和局限性是什么25．有哪几种向量处理方式它们对向量处理机的结构要求有何不同1水平处理方式不适合对向量进行流水处理。2垂直处理方式适合对向量进行流水处理，向量运算指令的源/目向量都放在存储器内，使得流水线运算部件的输入、输出端直接与存储器相联，构成MM型的运算流水线。3分组处理方式适合流水处理。可设长度为N的向量寄存器，使每组向量运算的源/目向量都在向量寄存器中，流水线的运算部件输入、输出端与向量寄存器相联，构成RR型运算流水线。26．什么是向量链接技术当两条向量指令出现“写后读”相关时，若它们不存在功能部件冲突和向量寄存器源或目的冲突，就有可能把它们所用的功能部件头尾相接，形成一个链接流水线，进行流水处理。27衡量向量处理机性能的主要参数有哪些1向量指令的处理时间2峰值性能向量长度为无穷大时，向量处理机的最高性能。3半性能向量长度向量处理机的性能为其峰值性能一半时所需的向量长度。4向量长度临界值对同一段程序代码而言，向量方式的处理速度优于标量串行方式处理速度时所需的最小向量长度。▲第五章存储层次1单级存储器的主要矛盾是什么通常采取什么方法来解决2评价存储层次的主要参数有哪些3“CACHE主存”和“主存辅存”层次的主要区别是什么4在存储层次中应解决哪四个问题5地址映象方法有哪几种它们各有什么优缺点6组相联CACHE比相同容量的直接映象CACHE的失效率低。由此是否可以得出结论采7CACHE中，有哪两种实现并行查找的方法8替换算法有哪几种它们各有什么优缺点9写策略主要有哪两种它们各有什么优点10在写回法中，可采用什么方法减少在替换时块的写回11当发生CACHE写失效时，是否调入相应的块，有哪两种选择12按照CACHE产生失效的原因不同，可以把失效分为哪三类133C失效与CACHE的相联度、容量有什么样的关系14增加CACHE块大小一定会降低失效率吗15．伪相联的基本思想是什么16．伪相联的优点是什么17降低CACHE失效率有哪些方法18减少CACHE失效开销有哪些方法。19子块放置技术的基本思想是什么20请求字处理技术有哪两种具体的实现方法21采用二级CACHE的基本思想是什么22采用容量小且结构简单的CACHE有什么好处23“虚拟索引＋物理标识”CACHE的基本思想是什么1单级存储器的主要矛盾是什么通常采取什么方法来解决主要矛盾1速度越快，每位价格就越高；2容量越大，每位价格就越低；3容量越大，速度越慢。采取多级存储层次方法来解决。2评价存储层次的主要参数有哪些存储层次的平均每位价格、命中率或失效率、平均访问时间3“CACHE主存”和“主存辅存”层次的主要区别是什么4在存储层次中应解决哪四个问题（1）映象规则当把一个块调入高一层存储器时，可以放到哪些位置上（2）查找算法当所要访问的块在高一层存储器中时，如何找到该块（3）替换算法当发生失效时，应替换哪一块（4）写策略当进行写访问时，应进行哪些操作5地址映象方法有哪几种它们各有什么优缺点（1）全相联映象。实现查找的机制复杂，代价高，速度慢。CACHE空间的利用率较高，块冲突概率较低，因而CACHE的失效率也低。（2）直接映象。实现查找的机制简单，速度快。CACHE空间的利用率较低，块冲突概率较高，因而CACHE的失效率也高。（3）组相联映象。组相联是直接映象和全相联的一种折衷。6组相联CACHE比相同容量的直接映象CACHE的失效率低。由此是否可以得出结论采用组相联CACHE一定能带来性能上的提高为什么不一定。因为组相联命中率的提高是以增加命中时间为代价的，组相联需要增加多路选择开关。7CACHE中，有哪两种实现并行查找的方法（1）用相联存储器实现；（2）用单体多字存储器和比较器来实现。8替换算法有哪几种它们各有什么优缺点（1）随机法。简单、易于用硬件实现，但这种方法没有考虑CACHE块过去被使用的情况，反映不了程序的局部性，所以其失效率比LRU的高。（2）先进先出法。容易实现。它虽然利用了同一组中各块进入CACHE的顺序这一“历史”信息，但还是不能正确地反映程序的局部性。（3）最近最少使用法LRU。失效率最低。但是LRU比较复杂，硬件实现比较困难。9写策略主要有哪两种它们各有什么优点1写直达法。易于实现，而且下一级存储器中的数据总是最新的。2写回法。速度快，写操作能以CACHE存储器的速度进行。而且对于同一单元的多个写最后只需一次写回下一级存储器，有些“写”只到达CACHE，不到达主存，因而所使用的存储器频带较低。10在写回法中，可采用什么方法减少在替换时块的写回常采用“污染位”标志。即为CACHE中的每一块设置一个“污染位”（设在与该块相应的目录表项中），用于指出该块是“脏”的（被修改过）还是干净的（没被修改过）。替换时，若被替换的块是干净的，则不必写回下一级存储器，因为这时下一级存储器中相应块的内容与CACHE中的一致。11当发生CACHE写失效时，是否调入相应的块，有哪两种选择按写分配法写失效时，先把所写单元所在的块调入CACHE，然后再进行写入。这种方法也称为写时取方法。不按写分配法写失效时，直接写入下一级存储器而不将相应的块调入CACHE。这种方法也称为绕写法。12按照CACHE产生失效的原因不同，可以把失效分为哪三类强制性失效、容量失效、冲突失效133C失效与CACHE的相联度、容量有什么样的关系⑴相联度越高，冲突失效就越少；⑵强制性失效和容量失效不受相联度的影响；⑶强制性失效不受CACHE容量的影响，但容量失效却随着容量的增加而减少；⑷21的CACHE经验规则大小为N的直接映象CACHE的失效率约等于大小为N/2的两路组相联CACHE的失效率。14增加CACHE块大小一定会降低失效率吗不一定。对于给定的CACHE容量，当块大小增加时，失效率开始是下降，后来反而上升了。主要因为增加块大小会产生双重作用。一方面它减少了强制性失效；另一方面，可能会增加冲突失效。15．伪相联的基本思想是什么采用这种方法时，在命中情况下，访问CACHE的过程和直接映象CACHE中的情况相同；而发生失效时，在访问下一级存储器之前，会先检查CACHE另一个位置（块），看是否匹配。确定这个另一块的一种简单的方法是将索引字段的最高位取反，然后按照新索引去寻找伪相联组中的对应块。如果这一块的标识匹配，则称发生了伪命中。否则，就只好访问下一级存储器。16．伪相联的优点是什么伪相联既能获得多路组相联CACHE的低失效率又能保持直接映象CACHE的命中速度。17降低CACHE失效率有哪些方法增加CACHE块大小、提高相联度、VICTIMCACHE、伪相联CACHE、硬件预取技术、由编译器控制的预取、编译器优化18减少CACHE失效开销有哪些方法1让读失效优先于写；2子块放置技术；3请求字处理技术；4非阻塞CACHE或非锁定CACHE技术；5采用二级CACHE。19子块放置技术的基本思想是什么把一个CACHE块划分为若干个小块，称之为子块。为每一个子块赋一位有效位，用于说明该子块中的数据是否有效。访问CACHE时，进行标识匹配比较，并检查该字所在子块的有效位是否为“1”。失效时只需从下一级存储器调入一个子块。这样，一个CACHE中就有可能有的子块有效，有的子块无效。20请求字处理技术有哪两种具体的实现方法⑴尽早重启动在请求字没有到达时，CPU处于等待状态。一旦请求字到达，就立即发送给CPU，让等待的CPU尽早重启动，继续执行⑵请求字优先调块时，首先向存储器请求CPU所要的请求字。请求字一旦到达，就立刻送往CPU，让CPU继续执行，同时从存储器调入该块的其余部分。请求字优先也称为回绕读取或关键字优先。21采用二级CACHE的基本思想是什么通过在原有CACHE和存储器之间增加另一级CACHE，构成两级CACHE。把第一级CACHE做得足够小，使其速度和快速CPU的时钟周期相匹配，而把第二级CACHE做得足够大，使它能捕获更多本来需要到主存去的访问，从而降低实际失效开销。22采用容量小且结构简单的CACHE有什么好处（1）可以有效地提高CACHE的访问速度。因为硬件越简单，速度就越快。小容量CACHE可以实现快速标识检测，对减少命中时间有益。（2）CACHE足够小，可以与处理器做在同一芯片上，以避免因芯片外访问而增加时间开销。（3）保持CACHE结构简单可采用直接映象CACHE。直接映象CACHE的主要优点是可以让标识检测和数据传送重叠进行，这样可以有效地减少命中时间。23“虚拟索引＋物理标识”CACHE的基本思想是什么直接用虚地址中的页内位移（页内位移在虚→实地址的变换中保持不变）作为访问CACHE的索引，但标识却是物理地址。CPU发出访存请求后，在进行虚→实地址变换的同时，可并行进行标识的读取。在完成地址变换之后，再把得到的物理地址与标识进行比较。第六章输入/输出系统1评价I/O系统性能的参数主要有哪些2外部存储设备有哪些相似之处3磁盘始终占据着后备存储器的主宰地位，原因主要有哪两个4反映磁盘性能的主要参数有哪几个5将多台光盘机组合在一起有哪三种结构6自动磁带库有什么优缺点7根据故障产生的原因，将故障分为哪几种8按照故障出现的周期，将故障分为哪几种9反映存储外设可靠性能的参数有哪些10故障、错误和失效之间存在着什么样的关系11盘阵列有哪些分级12通道分为哪三种类型它们分别适合为哪种外围设备服务13通道的主要功能有哪些14通道完成一次数据传输的主要过程1评价I/O系统性能的参数主要有哪些1连接特性（哪些I/O设备可以和计算机系统相连接）；2I/O系统容量（I/O系统可以容纳的I/O设备数）；3响应时间；3吞吐量。2外部存储设备有哪些相似之处（1）记录原理类似；（2）作为计算机部件，均包括磁、光、电等记录机构、精密机械和马达等驱动机构；（3）作为存储设备，它们都包括控制器及接口逻辑；（4）均采用了自同步技术、定位和校正技术以及相似的读写系统。
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